Camera and robot calibration

Abstract

Tato práce představuje návrh a implementaci plně automatizovaného kalibračního systému kamera-robot pro průmyslové aplikace pick-and-place, který využívá externí statickou kameru. Přesná kalibrace má zásadní význam pro to, aby roboty mohly interpretovat vizuální data a provádět úlohy, jako je detekce, lokalizace a manipulace s objekty. Výzkum se zaměřuje na řešení dvou hlavních úkolů: odhad vlastních parametrů kamery pro korekci zkreslení objektivu a výpočet geometrického vztahu mezi kamerou a souřadnými systémy robotu prostřednictvím kalibrace robot-kamera. Pro vnitřní kalibraci byla použita Zhangova metoda s využitím několika planárních vzorů, přičemž nejvyšší přesnosti dosáhla deska ChArUco, která poskytla chybu reprojekce přibližně 0,18 pixelu. Kalibrace systému robot-kamera byla provedena pomocí funkce cv2.calibrateHandEye() z modulu OpenCV na základě Tsai-Lenzova algoritmu. Výsledná transformační matice umožnila přesnou transformaci poloh objektů ze souřadného systému kamery do souřadného systému robotu. Ověření systému bylo provedeno prostřednictvím aplikace pick-and-place v reálném prostředí s využitím detekce značek ArUco. Z 20 pokusů bylo úspěšně dokončeno 18 operací, což potvrdilo přesnost a spolehlivost kalibračního přístupu. Systém byl vyvinut s využitím nástrojů s otevřeným zdrojovým kódem včetně knihoven OpenCV, NumPy, SciPy a socketů Python pro komunikaci s robotem přes TCP/IP. Výsledky ukazují, že vysoce přesné a škálovatelné kalibrace lze dosáhnout i bez proprietárního softwaru. Řešení je praktické pro průmyslovou automatizaci a v budoucnu může být rozšířeno na systémy s více kamerami nebo systémy integrované do ROS.